Liuzzi comenzó a competir en monoplazas en 2001, al obtener el segundo puesto de campeonato en la Fórmula Renault 2000 Alemana.
Obtuvo un segundo lugar, un tercero y cinco ccuartos en diez carreras, por lo que alcanzó la cuarta colocación final.
Así, superó por amplio margen a Enrico Toccacelo, Robert Doornbos y Tomáš Enge, convirtiéndose en el último campeón de la Fórmula 3000.
En el 2006 pasa ser piloto titular de Toro Rosso,[8] donde logra otro punto (el primero para la escudería) al finalizar 8.º en Indianápolis.
[9] En 2007 también corre en el equipo italiano,[10] mejorando sus registros hasta lograr 3 puntos, todos ellos obtenidos en el GP de China.
Finalmente, consigue puntuar en cuatro pruebas más, pero la comparación con su compañero es muy pobre y pierde su asiento en favor de Paul di Resta.
[17] Sin embargo, fue reemplazado por Pedro Martínez de la Rosa; aunque Vitantonio siguió vinculado al equipo con un rol indeterminado.
[19] El italiano iba a continuar al año siguiente con dicho equipo en Fórmula E, pero el proyecto fue finalmente cancelado.
[20][21] En 2017, participó junto a FFF Racing Team by ACM en el International GT Open, con un Lamborghini Huracán GT3 de la clase Pro-Am.